PCB电源布线设计_印制导线温升与导线宽度和负载电流的关系

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1、＊PCB电源布线设计－印制导线温升与导线宽度和负载电流的关系高峰鸽，宜健(1．中兴通讯股份有限公司手机产品体系，西安710065;2．陕西通信规划设计研究院有限公司，西安710065)摘要:本文阐述了PCB电源分配网络布线需要关注的几个方面，提供了量化设计的方法和工具。结合案例，介绍了电源通流能力可靠性设计的方法。关键词:PCB电源;导线宽度;负载电流中图分类号:TP205文献标识码:A文章编号:1003-8329(2011)04-0052-05PowerPCBLayoutDesign－TheRelationshipBetweenthePrintedWireTemperatureRise

2、＆WidthandLoadCurrentGAOFeng-ge，YIJian(1．HandsetProductDivisionofZTECorporation，Xi＇an710065，China;2．ShanxiTelecommunications．Planninganddesigninginstituteco．，ltd，Xi＇an710065，China)Abstract:ThispaperdescribesseveralrulesonthelayoutdesignofPCBpowerdistributionnet-work，providesaquantitativedesignmeth

3、odsandtools．Withcase，wepresentareliabilitydesignofpowerflowcapacity．Keywords:PCBpower;wirewidth;loadcurrent1概述2电源走线的直流特性电阻手机单板的电源对于系统的稳定性至关重要。电流流过PCB印制线时，由于印制线直流电阻由于电源布线不合理，会造成手机使用过程中发热、的存在，会引起电源电压跌落和线上的功耗。情况发烫，甚至电池爆炸等事故。究其问题根源是由于严重时可能引起供电电源的效率下降，系统过热，甚手机PCB高度密集，在设计时对电源走线的电流承至引发系统故障。印制线的直流电阻与几何尺寸

4、的载能力、电源线上的温升、电源线上产生的压降和功关系见图1。由公式可知，导体的电阻与长度和材耗等量化不够造成的。以下内容将从电源走线的直料的电阻率成正比，与截面积成反比。导体的长度流特性入手，介绍手机刚性PCB电源布线可靠性设越长电阻越大，截面积越大电阻越小。计方法。PCB上存在的两种形式的铜，即纯铜和电镀铜，PCB内层走线的铜可以看作是纯铜，PCB外层印制线为基铜(纯铜)加电镀铜，金属化孔为电镀铜。纯*作者简介:高峰鸽，1975年生，现任职中兴通讯手机事业部，从事手机PCB工艺研究及手机PCB设计;著有专利《一种印制线路板》及《消除PCB表面铜箔爆起的工艺处理方法》等。—52—《无线通

5、信技术》2011年第4期铜和电镀铜及其它PCB上常用表面处理材料金在如果Core电源是1．5V，这样的设计会使将近25°C时电阻率见表1。电镀铜的电阻率比纯铜高0．2V的电压损耗在线上，到芯片时电压已经只有约3．5倍。1．3V，低于芯片要求的1．5V±10%，芯片可能无法工作。功耗知道负载的工作电流，计算出了电源走线的直流电阻后，很容易计算出走线上功耗。2W=I*R2接上面的例子，功耗W=(7A)*28．3mΩ=图1直流电阻的计算1386．7毫瓦=1．4瓦。表1PCB材料的电阻率线上的功耗会转变为热能，使PCB印制线的温材料电阻率(μΩ-cm)电阻率(μΩ-in)度升高。这个线上的温升高

6、达70度。温升的计算纯铜1．700．67在下节详细描述。以上这个举例仅仅只考虑了电源线，其回路被电解铜6．02．36认为是GND大平面，电阻是被忽略的。如果电源的金2．20．87回路1．5V_return与1．5V电源一样设计，则压降和在电源的PCB走线中，还有一个不可忽略的内功耗都要求加倍。容是走线中的过孔。过孔的电阻的计算见图2，厚度1．5mm的PCB，一个完成孔径为0．45mm/18mil，3电源走线的载流能力与温升孔镀层为1mil的过孔的电阻为2．4毫欧姆。设计PCB时，电源网络需要线宽多少，除了上一节提到的电阻、压降、功耗之外，另一个需要重点考虑的是电源线上的温升。温升的计算依

7、据是IPC(InstituteforInterconnectingandPackagingElectronicCircuits)标准或者美国军标。对于刚性PCB，目前普遍采用的是IPC－2221GenericStandardsonPrintedBoardDesign。计算方法，首先根据最大的工作电流Max_Current和允许的温升指标Temp_Rise，计算出要求导体的截面积Area，然后由截面积Area和印制线的铜厚Thick-